Jak zužitkovat velmi silné podpětí?

[petr fr]

Přestěhoval jsem se do mlýna, kde je malá vodní elektrárna. Chtěl bych tuto elektřinu využít, ale pokud možno bez větších investic.

Elektrárna nemá stabilizátor.. . a tak se napětí mění podle toho, kolik je zapojeno spotřebičů. Nastavuju množství vody na turbínu tak, aby napětí nikdy nepřekročilo 230V, takže toto kolísá mezi 50V a 230 V, podle zrovna sepnutých spotřebičů.

Elektřinu zatím využívám pro napájení přímotopů a bojlerů - těm nevadí podpětí a kolísání napětí.

Rád bych ale touto elektřinou napájel i další zařízení - ledničku, počítač, případně i pračku...  - existuje nějaký levný způsob, jak tuto část elektřiny stabilizovat na 230V? Nechci moc investovat, protože nevím, jak dlouho tu budu bydlet, jsem tu v podnájmu, spokojím se i s nějakým provizorním řešením.

[Jan Kelbich]

El. stroje sice nejsou můj obor, ale nedá mi to. Celé se mi to zdá podivné, zdá se, že elektrárna není celkově v dobrém stavu.
V každém případě si zjistěte, jaký je výkon elektrárny, zda tento svými spotřebiči výrazně nepřekračujete - pak není co řešit. A čím budíte rotor generátoru ? Je budicí obvod v pořádku ?
A regulovat napětí průtokem vody, to také není dobrý nápad. Tím byste měl udržovat konstatní otáčky turbíny a tím frekvenci generovaného napětí - takhle se vám bude výrazně měnit.
Také se mi nezdá, že by elektrárna měla výst. napětí 230 V, zvláště stará. Tam bych čekal spíše 380 V, 500 V, 660 V apod. 230 V mívají na výstupu menší frekvenční měniče, ale to jsou dosti moderní zařízení.
Jinak takové náhradní řešení by mohlo být požití UPS (onlineového typu) - zvažte, jestli se vám to vyplatí (pro větší výkony jsou to už celkem drahá zařízení).

[petr fr]

Elektrárna je v pohodě... repasovaná... výkon nepřekračujeme . Jde ale o to, že tím, že nemá stabilizátor, napětí a proud jsou v přímé úměře, protože výkon je konstatní. Takže, když se třeba termostatem sepne bojler, proud se zvětší a napětí klesne. Když se bojler vypne, napětí zase stoupne. Proto musíme mít stále v systému podpětí, aby se nestalo, že najednou ´termostaty vypnou víc zařízení a napětí nepřekročí 230V.

Frekvence taky není pro pohon bojlerů a přímotopů zásadní... můžeme snižovat a zvyšovat buzení, a tím zvyšovat nebo snižovat otáčky při víceméně konstatním výkonu... ale zatím se 50Hz nezdá nutné, takže udržujeme spíš nižší otáčky.

Výstupní napětí je samozřejmě 380V, ale v jedné fázi je 220V.

Online UPS by bylo řešení, ale právě asi drahé: potřebujeme nějaké improvizované, levné řešení. I třeba jen na několik set W. Třeba použít nabíjeku autobaterií na transformaci na 12V, a pak měnič (prodávají se třeba do kempovacích aut),  který mi z 12V udělá 22OV 50Hz...

Chci se ale vyvarovat chyb, například popsané řešení by moc nefungovalo, většina prodávaných měničů má podpěťovou ochranu a pokud napětí klesne pod 12V, zařízení se vypne....

Proto píšu sem - třeba někdo máte s podobnou situací zkušenosti, máte v tom jasno a pod....

díky
Petr

[Tomáš Krampe]

Tak isto nie som odborník ako kolega, ale skúsil by som medzi nabíjačku a menič vložiť batériu najlepšie staničnú, ale ak nie je mala by pomôcť aj autobatéria okolo 80-100 Ah, možno aj 2 batérie zapojené paralelne. Tak dostanete v podstate UPS.

[Jiří Buben]

... můžeme snižovat a zvyšovat buzení, a tím zvyšovat nebo snižovat otáčky při víceméně konstatním výkonu...

Tak to je pro mě novina. Můžete mi vysvětlit jak změnou budícího proudu regulujete otáčky?

[Jiří Buben]

Nejsem sice odborník v této oblasti, ale dle mého názoru je nutné aby jste udržoval synchronní otáčky a tím frekvenci 50 Hz. Pak budete schopen udržovat napětí pomocí regulace budícího proudu v nějakých rozumných mezích i při výrazných změnách zátěže. Působí to na mě dojmem, že když jste nastavil průtok vody tak aby jste měl na svorkách generátoru požadované napětí, netočí se generátor otáčkami jakými by se měl otáčet. Pak při změně zatížení vlivem reakce kotvy a úbytků napětí na na vnitřním odporu a rozptylové reaktanci dochází k velkým úbytkům výstupního napětí. (Chápejte to tak, že vlivem zatížení se generátor přibržďuje a při odlehčení se rozbíhá. Tím se mění frekvence a napětí.)
Také to může být tím, že nedodáváte potřebný moment na hřídel generátoru a při zatížení není generátor schopen dodávat dostatečný výkon.
Jaké udržujete otáčky generátoru? Regulaci otáček dosáhnete instalací odstředivého regulátoru, který řídí servopohon který ovládá přívod vody.

Doufám, že jsem tu nepsal nějaké bludy.

Poraďte se s někým, kdo má z provozem elektrárny zkušenosti. Tady to stejně do detailu nevyřešíte. Je třeba řešit i bezpečnost, jako například při náhlém odpojení zátěže (zkratu) úplné uzavření přívodu vody, aby nedošlo k roztočení na nebezpečně vysoké otáčky.

[Martin Kurka]

Vážený pane petře fr,
nejlacinější a nejjednodušší řešení je regulátor.
Alespoň regulátor Vašeho synchronního stroje. Jste poměrně skoupý na informace, co se týče výkonu elektrárny a napojených spotřebičů.
Ale odhaduji podle toho co píšete mezi řádky že jde o třífázový synchronní generátor cca 3-5kW v ostrovním režimu s neseným ss budičem a ručně ovládaným buzením reostatem.

I kdybyste nevyšťoural funkční regulátor napětí AVR z nějaké dosloužilé třífázové elektrocentrál y obdobného výkonu, ale musel jej koupit nový, přijde vás regulace napětí na směšný peníz proti jakékoliv UPS nebo měniči o ceně za akumulátory nemluvě. A již jen tento regulátor vám umožní provoz spotřebičů citlivých na napětí, ale necitlivých na kmitočet - tedy spínané zdroje (PC, TV, úsporné  žárovky, indukční vařiče),  komutátorové motorky (vysavač, některé automatické pračky - ale pozor na vypouštěcí čerpadlo),  tepelné spotřebiče (zejména žárovky) ...Samozřejmě jsou nutná přednostní relé pro tepelné spotřebiče, i když tady by bylo lepší odvozovat přednost a odpojení nadměrné zátěže ne z proudu, ale z poklesu kmitočtu.

Nebo:
Píšete, že jste ve mlýně v nájmu a na turbíně děláte vlastně strojníka. Co takhle sepsat s majitelem smlouvu, že zainvestujete automatický profi regulátor napětí a lopatek turbíny  a tím si předplatíte nájem. V případě ukončení nájmu by vám majitel doplatil zbytek. I kdybyste si na to vypůjčil, je to podle mne rozumná investice pro obě strany, zvláště když ve smlouvě budete mít energii zadarmo.

Veškeré bastly co budete vyvíjet s měniči  a akumulátory budou investice, které budou dále neprodejné, budou snižovat účinnost, budou vyžadovat náročnou obsluhu a údržbu a budou mít značné opotřebení (akumulátory).

[petr fr]

Pane Buben: Jak změnou budícího proudu reguluji otáčky? No, nejsem si sto procentně jist, jen tlumočím, co mi bylo řečeno, ale je to asi jako když se jede na kole s přehazovačkou. .. když klade alternátor malý odpor, otáčí se rychle, když klade velký odpor, otáčí se pomalu. Výsledné napětí je ale zhruba konstatní (jak jsem změřil).
Uzavření přívodu vody: se provádí ručně, takže nelze zajistit automatické zastavení přívodu...

Pane Kurka, Alternátor je prý 12 kW... (vlastně jej asi občas “přetěžujeme”,  protože z něj odebíráme všechno, co stihne vyrobit... Jak jsem psal, především proto, aby napětí po např. zahřátí bojleru nepřesáhlo 230V... ale v zimě, kdy budeme elektřinou i víc topit, budeme asi na maximu stále...  )
Asi jde skutečně o jde o třífázový synchronní generátor s neseným ss budičem a ručně ovládaným buzením reostatem.
Píšete, „nejlacinější a nejjednodušší řešení je regulátor.“ – omlouvám se, ale jsem docela laik (i když se rychle učím) – co to je, ten regulátor, jak to funguje (spolu s těmi relé),  kde se dá koupit, co to asi stojí? Regulátor je moc obecné slovo, a nedaří se mi nic vygooglovat. 
Ledničky by taky fungovaly jen s regulátorem? A ten motorek u vypouštěcích čerpadel pračky – by jen nefungoval, fungoval pomalu, nebo by se mohl zničit, pokud by byl jiný kmitočet?
Sepsat s majitelem smlouvu: to je bohužel neprůchodné...
(Zde někdo nečetl pravidla! To musí někdo opravit a opozdí to zveřejnění!)...

[Jiří Buben]

To: pet fr

Dovolte mi abych se pokusil vám něco vysvětlit. Budícím proudem rozhodně neregulujete otáčky. Ty se regulují množstvým vody a natáčením lopatek turbíny. Otáčky by jste měl udržovat synchronní a pokud možno konstantní. Když generátor zatížíte, pak vám vlivem jevů které jsem popsal  v předešlém přízpěvku otáčky poklesnou a poklesne i napětí. Proto je nutná regulace průtoku vody, aby se mohly otáčky regulovat a tím vyrovnávat jejich změnu vlivem zmeny zatížení. Budícím proudem pak regulujete velikost generovaného napětí tak aby jste jej udržoval v potřebných mezích. Budícím proudem otáčky neregulujete.

Chtělo by to aby jste si na místo pozval někoho, kdo již má z takovou elektráronu zkušenosti a s ním probral možnosti jak technické, tak fnanční. takhle to dohromady nedáte.

Kolega Kurka psal o AVR regulátoru. Je to automatický regulátor napětí (Automatic Voltage Regulator).

[Fuk Tomáš]

...Sepsat s majitelem smlouvu: to je bohužel neprůchodné...

No, jestli se chystáte dělat technické zásahy do zařízení, a to bez dohody s majitelem či dokonce proti jeho vůli, tak to potěš koště.
Cesta k dohodě určitě existuje, ale bude muset být založena na solidních základech - technické řešení, ekonomická rozvaha, příp. zajištění financování - a takovéhle podklady v diskusi na internetu nezískáte.

[Martin Kurka]

Sepsat s majitelem smlouvu: to je bohužel neprůchodné...

Tak to moc nemá cenu se do ničeho pouštět. Jediná cesta je si pronajmout nebo koupit regulaci a mít zajištěno, že si ji mohu odvézt i v případě odstěhování, nebo v případě, že nebudu moci odebírat elektrickou energii z turbíny.
Už jen to, že 12kW turbínu nechává majitel běžet v ostrovním provozu, místo aby nadbytečnou energii dodával do sítě je takové podivné.

Ledničky by taky fungovaly jen s regulátorem? A ten motorek u vypouštěcích čerpadel pračky – by jen nefungoval, fungoval pomalu, nebo by se mohl zničit, pokud by byl jiný kmitočet?

Ledničky, a obecně jakékoliv asynchronní motorky jsou velmi citlivé nejen na podpětí, ale i na frekvenci. Při podpětí se nerozeběhnou, při přepětí se mohou spálit, při nižší frekvenci se tepelně přetěžují, krokují a nemusí se rozeběhnout, při vyšší frekvenci jsou přetíženy nejen elektricky, ale i mechanicky, protože se snaží pohánět zařízení vyššími otáčkami.  Provoz asynchronního motoru 230V/50Hz mimo pásmo 48-52 Hz a 210-260 V  bývá pro motor smrtelně nebezpečný.

– omlouvám se, ale jsem docela laik (i když se rychle učím) – co to je, ten regulátor, jak to funguje (spolu s těmi relé),  kde se dá koupit, co to asi stojí? Regulátor je moc obecné slovo, a nedaří se mi nic vygooglovat.

Jako laika vás nasměruji k profesionálům, naučí vás nejvíce. Regulaci malých vodních elektráren (MVE) vygooglujete pomocí "regulace MVE". MVE může buď dodávat energii do elektrovodné sítě (nebo jen částěčně dodávat a částečně pro vlastní spotřebu),  pak je regulace a provoz technicky mnohem jednodušší a stabilita napětí a frekvence lepší. Nebo může pracovat jen izolovaně v tzv. ostrovním provozu - váš případ (ač nevíme proč - asi nemá majitel rád smlouvy). Ostrovní provoz je velmi náročný na regulaci, je nejen nutná regulace soustrojí, ale i regulace spotřeby a je nutné držet výrobní
Regulace MVE se skládá z vlastní regulace a z ochran.
Ochrany jsou proti zničení vlastního soustrojí přetížením, nebo odlehčením (ty jsou v ostrovním režimu komplikovanějš í) a ochrany při spolupřáci y generátoru s rozvodnou sítí (ty v ostrovním režimu nepotřebujete). Dále musí mít výkonové ochrany možnost soustrojí zastavit - brzda, uzávěry vody (nebo zavzdušnění savky, převod do jalového náhonu). To jsou nákladné elektro-mechanicko-hydraulické záležitosti.
Vlastní regulace je regulace generátoru (elektrická a elektronické řízení - celkem za za rozumný peníz) a výkonu a otáček turbíny regulací nátoku do turbíny (to jsou elektro-mechanicko-hydraulické záležitosti = opět žádná láce).
Pak jsou potřebné pomocné funkce a měření - čištění česlí, hlídání hladin, měření výkonu, automatický náběh atd.

Co se týče provedení regulace, je možná značná variabilita, odborník umí leccos "ošulit",  nebo spojit funkce - vše podle místních podmínek. Podle mne při 12kW bude pro vás výhodné se spojit s firmou shcontrol.cz. Ti z hlediska regulace vědí co dělají. Co se týče elekto-mechanicko-hydraulických věcí to vám neporadím, projděte si na internetu MVE, je tam toho dost. Obecné principy jsou nádherně vysvětleny na http://mve.energetika.cz.
Například jak regulace napětí ovlivňuje otáčky turbíny (doporučuji přečíst kolegovi Bubnovi)
Pokud si tam do onoho příkladu místo dynama dáte synchronní generátor, pak se s otáčkami turbíny mění i kmitočet. Z toho je vidět, proč se se změnou zátěže mení vše a jak je důležité regulovat nátok.
  V ostrovním režimu ještě existuje taková finta regulovat zátěž. Tomu se říká elektronický setrvačník.  Ale předpokládá mít k dispoziti v pohotovosti zátěž v odstupňovaných výkonech. Jenže když bojlery odepnou jejich termostaty, není nic. Jako poslední šance je vyrobit průtokový ohřívač vody do nebo z turbíny, což je mrhání energiií vody. To je lepší i sebeprimitivně jší regulace nátoku.

[Ižák Ctibor]

Pán Peter.Fr
Predpokladám, že v tejto oblasti nie ste špičkový odborník. Tunajšie príspevky sú  veľmi poučné.Ja vám len chcem zdôrazniť, že pokiaľ budete mať iné spotrebiče ako odporové (vyhrievanie- kúrenie atď) čiže akékoľvek motory, či to už chladnička, čerpadlo na vodu a.p. ,  musíte udržať frekvenciu. To znamená, riadiť prítok vody ,  poprípade natáčanie lopatiek na turbínu a tým udržať konštantné= otáčky turbíny.  Inak vám motory budú odchádzať a nie len motory, ale asi aj iné spotrebiče, ktoré majú na vstupe napäťové zdroje osadené transformátorm i ako napr.staršie TV ,  rádio ,  atď.Ak sa vám podarí udržať pri zmene záťaže otáčky, potom môžete uvažovať o riadení budenia na udržanie napätia. Toto všetko v podstate tu už bolo popísané, ja som to chcel len lajcky zhrnúť. (Snáď sa mi to podarilo.)

[Milan Hudec]

Přestěhoval jsem se do mlýna, kde je malá vodní elektrárna. Chtěl bych tuto elektřinu využít, ale pokud možno bez větších investic.

Elektrárna nemá stabilizátor.. . a tak se napětí mění podle toho, kolik je zapojeno spotřebičů. Nastavuju množství vody na turbínu tak, aby napětí nikdy nepřekročilo 230V, takže toto kolísá mezi 50V a 230 V, podle zrovna sepnutých spotřebičů.

Elektřinu zatím využívám pro napájení přímotopů a bojlerů - těm nevadí podpětí a kolísání napětí.

Rád bych ale touto elektřinou napájel i další zařízení - ledničku, počítač, případně i pračku...  - existuje nějaký levný způsob, jak tuto část elektřiny stabilizovat na 230V? Nechci moc investovat, protože nevím, jak dlouho tu budu bydlet, jsem tu v podnájmu, spokojím se i s nějakým provizorním řešením.

Já bych si koupil skleník, a tento bych přebytkem vytápěl, odpadne regulace, přibudou čerstvé papriky.